製造從水溶液中電解提取金屬的池槽的膜片元件的方法以及膜片元件的製作方法
2023-09-10 10:54:50 3
專利名稱：製造從水溶液中電解提取金屬的池槽的膜片元件的方法以及膜片元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及冶金，具體地，涉及重有色金屬的冶煉，更具體地，涉及製作用於——例如鎳、鈷等——的膜片池槽的結構零件的方法。
背景技術：
眾所周知電解用作金屬製造工藝中的一個階段(Yu.V.Baimakov A.I.Zhurin，Electrolysis in Hydrometallurgy(溼法冶金中的電解)，Ferrous and Non-Ferrous Metallurgy Publishers，Moscow，1963，pp.136-142，316-327，362-363)。電解通常發生在裝備有電解液、正電極——即陽極——和負電極——即陰極——的水浴中。例如，在鎳的電解提取中，陽極通常是由鉛鑄成的板或其它「可溶」陽極，而陰極為薄的塗鎳板。在電極時間施加電場，由於電場的影響，在工作過程中從溶液中釋放或從陽極上溶解下來的金屬——例如鎳——呈層狀沉積在陰極表面上。
取決於個案，陽極或陰極安置在由框架和膜片元件組成的膜片池槽中。框架通常為U形或矩形零件，包括一對垂直梁，以及下和上支承梁。框架的垂直梁和下支承梁呈斜槽形以提供屏蔽在陰極邊緣上的枝狀生長，可由木頭、塑料或由塑料來絕緣的金屬製成。
膜片元件通常是由膜片織物製成的袋狀零件，包住框架。作為替代，可以通過合適的緊固部件將片狀膜片零件置於框架兩側(D.J.Robinson and F.Day，Cathode Boxes and Anode Bags(ElectrodeContainers)in Electrometallurgy(電解冶金中的陰極盒和陽極袋(電極容器))，ALTA 2000 Nickel/Cobalt-6，Technical Proceedings，Technical Session 8，May 15，2000)。
膜片織物通常是亞麻防水布、亞麻/的確良織物或合成纖維製成的織物，例如聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇等。膜片織物需要表現出最小電阻、預定電解液流通能力以及化學阻性。
在電解中，通過進料道將補充溶液傳送到膜片池槽所確定的空間中。不需要的顆粒被從工作過程轉移到放電道中。
與本發明最相近的現有技術有-製作用於從水溶液中電解提取金屬的池槽的膜片元件的方法，該方法包含由膜片織物形成片狀或袋狀元件的步驟，該元件包含至少一個具有垂直邊緣和水平邊緣的側表面(D.J.Robinson and F.Day，Cathode Boxes and Anode Bags (Electrode Containers)inElectrometallurgy(電解冶金中的陰極盒和陽極袋(電極容器))，ALTA2000 Nickel/Cobalt-6，Technical Proceedings，Technical Session 8，May 15，2000)；-用於從水溶液中電解提取金屬的池槽的膜片元件，該元件由膜片織物形成，包含至少一個具有基本垂直的邊緣和基本水平的邊緣的側表面(D.J.Robinson and F.Day，Cathode Boxes and Anode Bags(Electrode Containers)in Electrometallurgy(電解冶金中的陰極盒和陽極袋(電極容器))，ALTA 2000 Nickel/Cobalt-6，TechnicalProceedings，Technical Session 8，May 15，2000)。
在用於電解提取鎳的池槽中進行的實際試驗顯示，在電解期間，在陽極和陰極之間的電場在靠近框架的地方出現變形，結果金屬在框架和膜片元件之間分層沉積。另外，在陰極和陽極從電解液水浴中無數次放電之後，導電固體顆粒(陽極漿、陰極碎片、海綿銅，等)積聚在框架表面上，早在工作20天之後，特別是在大電流密度(高於250A/m2)情況下，框架表面變得導電。結果，框架不在作為屏蔽，因此，沿陰極邊緣生長出枝狀體。另外，分層金屬破壞膜片織物。
前述不足幹擾了製作且損害了產品質量。此外，更換損壞的膜片需要很大成本。
發明內容
本發明的目的在於提供製作用於從水溶液中電解提取金屬的池槽的獨特膜片元件的方法，該方法確保了不依賴於膜片織物電學特性、框架和電解液參數的無擾動工作過程，還包括了具有無需切割的緻密光滑邊緣的高質量陰極金屬的製作。
除了前述目的之外，本發明減少了用於電解液水浴的膜片池槽的製造和工作的材料和人工，而且由於減少了金屬廢料，從而改善了陰極金屬質量。
在製作用於從水溶液中電解提取金屬的池槽的膜片元件的方法中實現了上述目的，該方法包含由膜片織物形成片狀或袋狀元件的步驟，該元件包含至少一個具有垂直邊緣和水平邊緣的側表面，其中根據本發明，膜片元件的至少一個側表面的至少一個邊緣具有電絕緣邊緣部分，該部分具有預定寬度和至少5倍於側表面中間部分的比電阻的比電阻。
關於膜片元件的電阻術語「比」用於此處指的是與膜片元件所測量的部分的面積相關的電阻。
術語「織物」用於此處指的是由單獨的線或纖維製成的編織或非編織材料；編織材料(即編織織物)用於優選實施方案中。
在本發明的優選實施方案中，具有預定寬度的電絕緣邊緣部分形成在膜片元件的至少一個側表面的至少一個垂直邊緣處和水平邊緣處，從而由邊緣部分確定的導電窗口形成在側表面的中間部分中。
在本發明的另一優選實施方案中，用電絕緣材料在膜片織物的至少一個表面上處理膜片元件邊緣部分。
在本發明的另一優選實施方案中，膜片織物的邊緣部分具有線或單獨的纖維，它們至少具有由電導率小於中間部分中的線或纖維的材料的電導率的材料製成的外表面。
在本發明的另一優選實施方案中，具有邊緣部分的一個或多個膜片預件在膜片元件的所述形成之前形成。
在本發明的另一優選實施方案中，在形成片狀或袋狀元件之前，由膜片織物形成原始細長網，在原始網中形成幾個連續的膜片預件，從原始網上分離出單獨的膜片預件。
在本發明的另一優選實施方案中，通過用熔化預件邊緣部分的材料或給出(沉積)在側表面邊緣部分中的材料所形成的焊縫將側表面的垂直邊緣緊密結合到一起而形成具有至少兩個側表面的袋狀膜片元件。
在本發明的另一優選實施方案中，通過熱焊法形成膜片元件。
在本發明的另一優選實施方案中，通過提供電絕緣邊緣部分形成要用於陰極池槽的膜片元件，該邊緣部分的比電阻是側表面中間部分的電阻的至少50倍。
另外，在用於從水溶液中電解提取金屬的池槽的膜片元件中實現了前述目的，該膜片元件由膜片織物形成，包含至少一個具有垂直邊緣和水平邊緣的側表面，其中根據本發明，膜片元件的至少一個側表面的至少一個邊緣由電絕緣邊緣部分形成，該邊緣部分具有預定寬度，且其比電阻至少為側表面中間部分的比電阻的5倍。
在膜片元件的優選實施方案中，膜片元件的側表面的垂直邊緣和水平邊緣具有電絕緣邊緣部分，該邊緣部分具有預定寬度，從而在側表面的中間部分確定了具有更好導電性的窗口。
在膜片元件的另一優選實施方案中，就滲透性而言，電絕緣邊緣部分比側表面的中間部分更緻密。
在膜片元件的另一優選實施方案中，通過用電絕緣材料處理膜片織物形成了至少一個邊緣部分。
在膜片元件的另一優選實施方案中，所述至少一個邊緣部分包括線或單獨的纖維，至少外表面由導電性比中間部分中的線或纖維材料的導電性更差的材料製成。所述至少一個邊緣部分優選地通過添加由電絕緣材料(即具有更差導電性的材料)製成的線而形成。
在另一優選實施方案中，膜片元件為具有一個開口邊緣並通過熱焊法裝配成的袋。
在膜片元件的另一優選實施方案中，當在陰極池槽中使用膜片元件時，膜片元件的邊緣部分的比電阻是中間部分的比電阻的至少50倍。
實際試驗顯示使用具有如上面所描述的那樣製成的膜片元件的膜片池槽在電解工作過程中提供了最大的陰極邊緣電絕緣。
帶有具有預定寬度和聲稱的比電阻的電絕緣邊緣部分的膜片元件的至少一個側表面的給出使得可能避免由框架引起的電場變形和離子移動。用作屏蔽，電絕緣邊緣部分阻止了在陰極邊緣上的枝狀生長。電絕緣邊緣部分防止了金屬沉積(成層)在框架和膜片之間，可以避免對膜片元件的破壞。
具有預定寬度的電絕緣邊緣部分至少在膜片元件的至少一個側表面的垂直邊緣和水平邊緣上的形成以形成由邊緣部分確定且位於側表面中間部分中的導電窗口確定了膜片元件的側表面的有效面積，從而在電場中移動的離子僅透過側表面的中間部分，即，電流是「聚焦的」，這從根本上提高了電解的效率。釋放在電極處的金屬的質量也相應提高。
實際試驗顯示邊緣部分的寬度可根據每個特定情形來選擇。邊緣部分通常從膜片元件的外邊緣延伸5-15cm到內部，即向膜片元件的中間部分延伸。
已經發現在膜片元件的形成之前製作一個或多個具有前述電絕緣邊緣部分是有利的。
實際試驗顯示通過使膜片元件的邊緣部分就滲透性來說比側表面的中間部分更緻密，以及通過用電絕緣材料處理至少在膜片織物的一個側表面處的邊緣部分，膜片元件的邊緣部分能夠變得電絕緣。電絕緣材料可以是，例如，下列材料之一聚氯乙稀、聚乙烯樹脂、聚尿烷、矽樹脂、聚丁二烯橡膠、聚氯丁烯，等。邊緣部分可通過，例如，濺射、注入、滾軋、刷光或使用像絲網印刷技術這樣的印刷方法來處理。處理可以在織物的一側上或兩側上進行。
另外，已經發現電絕緣邊緣部分可以在製作膜片織物的過程中形成。
在這一情形中，邊緣部分包括線或單獨的纖維，至少具有由導電性比中間部分中的線或纖維的材料更差的材料製成的外表面。邊緣部分與中間部分的不同之處還可以是具有另外的具有更差導電性的表面的線。在後一情形中，邊緣部分就滲透性而言進一步表現出更好的密度。
用於此處的短語「至少外表面」意味著線或纖維從核心到表面可具有不同的成分。例如，膜片織物(編織織物)可由具有核心導電性相對較好而表面層絕緣——具有更差導電性並覆蓋核心——的纖維或線製成(編織成)。當隨後通過化學試劑或通過加熱將表面層從中間部分的線上除去時，線的核心暴露出來，從而將在膜片元件的中間形成具有非常好的導電性的部分。在這一情形中，由於絕緣表面層將依然覆蓋邊緣部分中的線，邊緣部分將具有差的導電性。
如果需要的話，可自然地組合不同的製造方法。
在實際試驗過程中已經找到了形成膜片元件的最佳次序，包括下列步驟在由膜片織物形成片狀或袋狀元件之前形成原始細長網；在原始網中形成幾個連續的膜片預件；從原始網上分離出單獨的膜片預件；並由一個或多個膜片預件形成膜片元件，這充分降低了材料和人工成本。為了進一步幫助膜片元件在框架上的安裝，縱向邊緣部分可以遠離原始細長網的外縱向邊緣。
試驗還顯示，通過緊密結合側表面的垂直邊緣形成袋狀膜片元件和通過熔化預件邊緣的材料或沉積在側表面的邊緣部分上的材料形成焊縫充分延長了用於電解提取金屬的池槽的壽命。
焊縫可通過用熱空氣在加熱的滾筒之間吹或滾來加熱/熔化邊緣部分而形成。在結合過程中另一零件可以置於焊縫區域中以提供所需的焊縫強度和密度。
如果根據要使用的結合技術選擇用於膜片織物和/或邊緣/焊縫部分的材料來形成焊縫就更容易。
袋狀膜片元件可通過使用熱焊——例如高頻或超聲焊接——方法來組裝。
進一步已經發現延伸到網的外邊緣的邊緣部分優選地用電絕緣材料來處理，該電絕緣材料不但表現出所需的電絕緣特性，還適合於形成焊縫。焊縫的強度基本取決於所選的電絕緣材料。
實際試驗顯示要用於陰極池槽的膜片元件的邊緣部分的比電阻需要是其側表面的中間部分的比電阻的至少50倍。
將膜片元件的邊緣部分的比電阻增大少於50倍使得陰極邊緣未完全屏蔽，且生長更多的枝狀體，從而，陰極金屬具有更差的質量且池槽更頻繁地失效。
要用於陽極池槽的膜片元件的側表面的邊緣部分的比電阻的大小需要是其中間部分的比電阻的大小的至少5倍，從而就離子移動、金屬復原和無擾動工作過程來說達到了所需效果。
例如，當膜片元件由聚酯編織織物製成時，其正常比電阻為10Ohm/cm2。在該情形中，陰極池槽中的膜片元件的邊緣部分的比電阻需要為至少500Ohm/cm2從而達到比率50∶1。相應地，當陽極膜片元件由聚酯編織織物製成時，陽極池槽中的膜片元件的邊緣部分的比電阻為至少50Ohm/cm2。
現在將參考圖1至11的附圖更詳細地描述本發明，其中圖1示意性示出用於從水溶液中電解提取金屬的設備；圖2為框架的示意圖，膜片元件可置於其上；圖3為片狀膜片元件的示意圖；圖4為用於從水溶液中電解提取金屬的膜片池槽；圖5示意性示出圖4的設備沿A-A的剖面；圖6為袋狀膜片元件的示意圖；圖7和8為具有邊緣部分的膜片預件的示意圖；圖9為本發明實施方案的示意圖；圖10示意性示出由膜片預件形成袋狀膜片元件的工藝過程；以及圖11為根據本發明製成的袋狀膜片元件。
具體實施例方式
圖1示出用於從水溶液中電解提取金屬——具體地，提取鎳的設備。該設備包含電解水浴1，其中硫酸鎳混合物用作電解液2。正電極——即陽極3，和負電極——即陰極4交替布置在水浴1中。在圖1所示的實施方案中，陰極4置於膜片電池5中。從進料道6將鎳以硫酸鎳溶液補充到環繞用作陰極4的塗漆板的膜片池槽5所確定的空間中。
在替代實施方案中，陽極3可以置於膜片元件5所確定的空間中，而陰極4位於電池5的外面。
經過處理的溶液被導入放電道7中，並從放電道回到系統的溶液循環。
圖2中示出的框架8基本是一個U形部件。框架8由垂直梁9和10以及連接垂直梁的下半部分的水平梁11構成。垂直梁9和10的上半部分可通過支承梁12互相支承。
圖3示出池槽5的片狀膜片元件13，它根據本發明製成，且具有電絕緣邊緣部分14、15和16。
圖4示出膜片池槽5，包含通過緊固部件17結合在框架8上的片狀膜片元件13。
緊固部件17可以是，例如，由塑料材料製成的條狀零件，可以與膜片元件13一起被推入框架8的側表面中的凹槽18，在此情形中，所述部件將膜片元件13壓入位。自然地可使用其它基於摩擦和夾鉗的緊固部件17。在某些情形中，緊固部件17可以集成到膜片元件中。
圖5為圖4所示的設備的剖面側視圖。
片狀膜片元件13包含第一側表面13a和第二側表面13b。膜片元件13通過塑料緊固元件17結合到框架8的側表面中的凹槽18中。
圖6示出根據本發明的袋狀膜片元件13，其中側面元件13a和13b通過針腳19a、19b和19c充分緊密地結合到一起。膜片元件13的垂直邊緣具有邊緣部分14和15，下邊緣具有邊緣部分16。邊緣部分14、15和16電絕緣，確定了導電中間部分20。膜片元件13的上半部分開口，從而框架8和電極3或4可置於其中。
圖7示出根據本發明由膜片織物製成的細長網21的一部分，具有電絕緣邊緣部分相對於網21的長度的縱向邊緣部分14和15以及橫向邊緣部分22。邊緣部分14、15、22在它們之間確定導電窗口20。從而，網21包含數個連續的膜片預件24。如果有助於膜片元件的組裝或它在框架中的安裝，縱向邊緣部分14、15可以離開網21的縱向外邊緣一定距離。作為替代，邊緣部分14、15可向上延伸到網21的邊緣。
在圖7中，虛線23標記了橫向切割點，各膜片預件24可互相分開。如果形成僅要置於框架8的一側上的分開的膜片元件13，則也要在實線25處進行切割。如果，另一方面，只有一個膜片預件作為片狀零件延伸到框架8的兩側，如圖5所示，或者由預件形成膜片袋，那麼在實線25處形成摺疊，正如圖10中也顯示的那樣。
圖8所示的網21與圖7所示的網21的不同之處在於切割線23位於導電窗口20的中點。從而，邊緣部分14、15和16在所形成的膜片預件24中形成U形邊緣圖案。膜片預件24可在實線25處摺疊成袋或摺疊成片狀元件。作為替代，預件24可以在實線23和25處切割成片，可置於框架8的一側上。如圖8所見，網21的最外縱向邊緣可具有用於焊縫形成的焊縫部分26，從而可利用高頻焊接或超聲焊接來形成膜片袋的垂直焊縫。其它熱焊法也可用於這一目的。可通過用熱空氣在加熱的滾筒之間吹或滾來加熱/熔化焊縫部分26的材料以進行結合。如果必要，在結合過程中焊縫部分可具有附加組件以保證焊縫的所需強度和緊密度。
圖9示出本發明的使用合適器件的實施方案。由膜片織物製成具有預定寬度的網21，網從軸27拉到第一滾筒28上。滾筒28包含縱向部分29，當滾筒29工作時，縱向部分循序通過相對於網21的由電絕緣材料製成的所需的橫向邊緣部分22。器件進一步包含一個或多個第二滾筒30，一直與網21接觸，在網21中形成縱向電絕緣邊緣部分14和15。另外，器件可包含一個或多個第三滾筒31，在網21的最外邊緣處形成焊縫部分26(如圖8所示)。在用合適的電絕緣材料處理之後，用加熱器件32加熱並固化網21，在此情形中，塗層結合到織物上。用切割裝置33將膜片預件24(如圖8所示)從網21上切下，切割裝置33可以是先有技術中已知的任何類型的器件。此外，器件可包括自動組裝裝置34，其中膜片預件24可以組裝到袋中，並焊接起來。
用於形成網中的膜片預件24的邊緣部分14、15、22的替代方案是使用合適的印刷方法，例如，絲網印刷技術。
另一替代方案是在膜片織物的製造過程中完全或部分形成邊緣部分14、15、22。在該情形中，邊緣部分14、15、22可具有線，該線具有電導率比要置於中間部分20處的線的電導率更低的表面。如果必要，可自然地組合不同的製造方法。
圖10示出膜片預件如何可以摺疊到膜片袋中。在預件24的下半部分處形成摺疊。預件24的垂直邊緣互相緊密結合，以形成充分防水的焊縫35。焊縫35可以通過熔合或通過特殊的緊固部件來形成。另外，焊縫35可以通過熔融，例如使用熱焊法，或通過熔融並將預件邊緣結合到一起來形成。如果根據要使用的結合技術為膜片織物和邊緣/焊縫部分選擇材料，那麼就更容易形成焊縫35。
圖11示出根據本發明製成的袋狀膜片元件。袋的上邊緣36自然地開口，從而框架8和電極3或4可置於袋中。導電部分20上方的邊緣部分37在框架8的支承梁12處形成電絕緣部分，也防止金屬在這一區域中成層。
附圖和相關描述只是要示出發明概念。本發明的細節可以在權利要求的領域中變化。
實施例實施例1.確定比電阻的方法本實施例描述了確定用於本發明的特定實施方案中的膜片(尤其是由編織織物製成的)的比電阻的方法。然而，本發明並不受所描述的方法的限定，也可使用另一技術。
通過補償方法，即，使用未知電阻與已知電阻的比較來測量比電阻。
1.設備用於進行測量的設備包含ac電源、安培計、伏特計和電極，置於具有電解液和要研究的樣品的容器中。
AC電源為低頻信號發生器GZ-102。音頻(例如大約800Hz)ac電流用於防止電解過程和電極極化。安培計為B7-35萬用表。伏特計為B7-22A萬用表。電極為具有接觸的鍍鉑電極，鉗在由4.2mm厚的有機玻璃製成的一對平板之間。平板之一具有直徑33mm的開口(8.55cm2)電解液為10％的氯化鈉水溶液。
2.測量準備2.1.電極鍍鉑為了防止可能的極化，電極表面鍍鉑，即用精細分散的鉑(通常稱作鉑黑)鍍在表面。用於鍍鉑的溶液由3g鹽酸鉑和0.25g乙酸鉛溶於100ml水中來構成。鉑電極通過可變電阻連接到4V蓄池槽上。通過減小可變電阻的阻值，電流增大直到在電極處開始大量釋放出氣體。對新電極來說鍍鉑持續10分鐘，而對用過的電極鍍鉑持續2-3分鐘。電流的方向每30秒改變一次。電極鍍鉑直到在其上形成一層鉑黑薄層。在鍍鉑之後，將電極小心地在蒸餾水中衝洗。然後將電極置於10％的硫酸水溶液中，在1-2分鐘之後，電流從蓄池槽流過溶液，其中電極用作陰極(-)，而鉑線為陽極(+)。鉑黑所吸收的氯轉移到溶解在水中的氯化氫中。
2.2.電解液製備為了進行測量，製備了新鮮的10％的氯化鈉(NaCl)水溶液中。
2.3.織物樣品製備直徑50mm的編織織物樣品在20℃和0.6atm真空度下在蒸餾水中放置20小時，然後在10％的氯化鈉溶液中防止30分鐘。
3.比電阻的確定在給設備通電之後，在20℃下對氯化鈉溶液進行測量。在信號發生器的800Hz頻率下確定編織織物樣品的比電阻，刻度限制鍵設在10V。
信號發生器的輸出提供給工作於安培計模式的B7-35萬用表。在由發生器輸出控制所設定的90.0mA讀數處進行測量。
用新鮮的10％氯化鈉水溶液裝滿容器。電極相對放置在裝滿電解液溶液並由固定器固定的矩形塑料蓄水器中。從工作在伏特計模式的B7-22A萬用表讀取電壓。在2V的刻度限制下進行測量。
首先，在20℃下測量氯化鈉的純水溶液的電壓，它處於89.7至89.8V範圍內。製備好的織物樣品夾在鍍鉑電極之間，置於裝有電解液並固定的蓄水器中。然後記錄安培計和伏特計的讀數。對4個樣品進行測量。
織物的比電阻用下式計算，單位為Ohm/cm2Rsp=(VFIF-VSIS)/SF,]]>其中VF為有編織織物樣品存在時的伏特計讀數，mV；IF為有編織織物樣品存在時的安培計讀數，mA；VS為純溶液中的伏特計讀數，mV；IS為純溶液中的安培計讀數，mA；SF為要測試的編織織物樣品的橫截面積，cm2。
所有對四個編織織物樣品所作的測量的算術平均作為編織織物的最終比電阻。
實施例2下面給出用於從水溶液中電解提取鎳的膜片元件和方法的實施例2和3，其中實施例2涉及這種膜片元件在陰極池槽中的使用，而實施例3涉及它們在陽極池槽中的使用。
具體地，陰極池槽如下工作。裝有陰極的池槽置於電解水浴中，陰極液以25-30dm3/h的速率補充到水浴的上半部分中。由於補充的電解液與池槽中已有的電解液的比重的差別，陰極液從上往下運動，混合到池槽中。陰極液通過膜片元件滲透到陽極空間中。
池槽中的陰極液水平保持在高於陽極空間中的水平，以防止電解液的反向通路。鎳的電解通常以下面的工藝參數進行電流密度240-300A/m2；電極間距155±5mm；電壓2.6-3.0V；電解液溫度75-85℃；陰極累積周期4-6天。
為要用於從水溶液中電解提取鎳的電解槽的陰極池槽製造了四十三(43)個膜片元件，即裝備單個電解水浴所需要的數目。每個池槽包括根據本發明由尺寸為1100×1100mm的工程聚酯編織織物(Mark 2255-V5)製成的膜片袋，置於由聚丙烯(根據規範.6-05-1105-83的Mark 01005)製成的框架上，且包含兩條長度1100mm的梁和長度950mm的支承梁，在下角接接頭處焊接到一起。在上半部分，用一對尺寸為5×20×950mm的鈦(鈦BT-1)條通過由直徑3mm的鈦線製成的銷釘將梁連在一起。一層聚氯乙稀樹脂塗在沿框架的膜片元件的外表面上以將膜片元件的比電阻增大50倍。
所得的用於電解提取鎳的陰極池槽如下使用。池槽置於電解水浴中並用塗鎳板充電，陰極液以25dm3/h的流速進液。由於補充的電解液與池槽中已有的電解液的比重的差別，陰極液從上往下運動，混合到池槽中。陰極液通過膜片元件滲透到陽極空間中。池槽中的陰極液水平保持在比陽極空間中的水平高50mm，以防止電解液的反向通路。獲得鎳的電解過程通常以標準的工藝參數進行電流密度250A/m2；電極間距155mm；電壓2.7V；電解液溫度75℃；陰極累積周期5天。
當陰極池槽由於膜片元件或框架的損壞而失效時，將陰極池槽從電解水浴中取出，在更換了損壞的零件之後，重新使用。
下表總結了陰極池槽的另外四個與在膜片元件處存在邊緣部分的不同的示例性膜片元件的工作結果、比電阻和膜片元件製作方法。
實施例3用於從水溶液中電解提取鎳的電解槽的陽極池槽如下工作。內置有陽極的池槽置於電解水浴中，陰極液以0.015-0.025dm3/A·h的流速注入電解水浴。陰極液通過膜片元件滲透到池槽中並轉變成陽極液，然後以正比於陰極液注入電解水浴的流速和水浴中池槽的數目的流速回收。池槽中陽極液的水平保持在陰極空間中的水平之下以防止電解液的回流通路。以下面的工藝參數進行獲得鎳的電解過程電流密度180-250A/m2；電極間距110-155mm；電壓3.0-5.0V；電解液溫度65-85℃；以及陰極累積周期4-6天。
為要用於從水溶液中電解提取鎳的電解槽的陽極池槽製造了四十五(45)個膜片元件，即裝備單個電解水浴所需要的數目。每個池槽包括根據本發明由尺寸為1300×1100mm的工程聚酯編織織物(Mark 2255-V5)製成的膜片袋，置於由聚丙烯(根據規範.6-05-1105-83的Mark 01005)製成的框架上，且包含兩條長度1300mm的梁和長度950mm的支承梁，在下角接接頭處焊接到一起。在上半部分，用一對尺寸為5×20×950mm的鈦(鈦BT-1)條通過由直徑3mm的鈦線製成的銷釘將梁連在一起。一層聚氯乙稀樹脂塗在膜片元件的外表面上以將膜片元件的比電阻增大5倍。
所得的用於電解提取鎳的陽極池槽如下使用。池槽置於電解水浴中並用鉛陽極充電，陰極液以360dm3/h的流速充進電解水浴中。陰極液通過膜片元件滲透到池槽中。池槽中的陽極液水平保持在比陰極空間中的水平低30mm，以防止電解液的反向通路。陽極液以8dm3/h的速率從池槽中回收。獲得鎳的電解過程以下面的工藝參數進行電流密度200A/m2；電極間距135mm；電壓4.0V；電解液溫度70℃；陰極累積周期6天。
當陽極池槽由於膜片元件或框架的損壞而失效時，將陽極池槽從電解水浴中取出，在更換了損壞的零件之後，重新使用。
下表總結了使用陽極池槽的另外四個與在膜片元件處存在邊緣部分的不同的示例性膜片元件的結果、比電阻和膜片元件製作方法。
PCR步驟·DNA片段擴增確認步驟
以上述分析液為模板，使用前述的寡核苷酸(a)～(f)，製備表2所示的樣品，進行了PCR。且PCR使用Biometra公司制的T GRAGIENT進行，PCR條件如表3所示。PCR結束後，根據Agilent2100生物分析儀(Agilent Technologies公司制)中附加的方案，確認了DNA的擴增帶及其擴增帶的大小。
〔表2〕
〔表3〕
結果
電泳結果如圖3所示。圖3中分別顯示了泳道1是分子量marker，泳道2是No.1的未鑑定細菌株的結果，及泳道3是No.2的未鑑定細菌株的即，生產成本增大。同時，在改善陰極金屬質量和池槽失效率方面沒有獲得明顯的效果。
當使用熱焊法製作陰極池槽的膜片元件時(測試4)，池槽的失效率進一步降低至26％，且由於消耗更少的聚酯線，降低了生產和工作成本。
如果使用具有表面具有電絕緣部分的膜片元件——只要膜片元件在其測表面的邊緣部分的比電阻比側表面的中間部分的比電阻大至少5倍——的池槽，池槽的失效率可以從25％(測試10)下降至20％(測試6)。
如果比電阻值增大少於5倍(測試7)，框架不完全絕緣，這導致框架表面上導電層的形成，結果，使得池槽失效率增大至22％。
如果比電阻值增大超過5倍(測試8)，用於提供屏蔽的電絕緣材料的消耗增加至每個池槽50g，從而增大了生產成本。同時，在池槽失效率的減小方面得不到明顯的效果。
當使用熱焊法製作陽極池槽的膜片元件時(測試9)，池槽的失效率進一步降低至19.5％，且由於消耗更少的聚酯線，可以降低生產和工作成本。
因此，實際試驗證明，本發明保證了高質量陰極金屬的產率的增大，降低了材料和人工成本，且提供了無擾動的生產周期。
權利要求
1.一種製作用於從水溶液中電解提取金屬的池槽的膜片元件的方法，該方法包含下列步驟由膜片織物形成片狀或袋狀元件，該元件包含至少一個具有垂直邊緣和水平邊緣的側表面，其特徵在於，膜片元件的至少一個側表面的至少一個邊緣形成有電絕緣邊緣部分，該邊緣部分具有預定寬度且其比電阻為側表面中間部分的比電阻的至少5倍。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述具有預定寬度的電絕緣邊緣部分形成在膜片元件的至少一個側表面的垂直邊緣處和水平邊緣處中的至少之一，使得在側表面的中間部分形成由邊緣部分限定的導電窗口。
3.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，所述一個或多個電絕緣邊緣部分就液體滲透性而言比側表面的中間部分更緻密。
4.根據權利要求1至3中任何一個的方法，其特徵在於，用電絕緣材料在膜片織物的至少一個表面上處理膜片元件的所述一個或多個邊緣部分。
5.根據權利要求1至4中任何一個的方法，其特徵在於，膜片元件的所述一個或多個邊緣部分具有線或單獨的纖維，該纖維具有至少一個由導電性比中間部分的線或纖維的材料更差的材料製成的外表面。
6.根據權利要求1至5中任何一個的方法，其特徵在於，在膜片元件的所述形成之前形成具有所述邊緣部分的一個或多個膜片預件。
7.根據權利要求6的方法，其特徵在於，在片狀或袋狀元件的所述形成之前，由膜片織物形成原始細長網，在網中形成幾個連續的膜片預件，從原始網上分離出單獨的膜片預件。
8.根據權利要求7的方法，其特徵在於，通過用熔化預件邊緣部分的材料或提供在側表面邊緣部分中的材料所形成的焊縫將所述側表面的垂直邊緣充分緊密地結合到一起而形成具有至少兩個側表面的袋狀膜片元件。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於，通過熱焊法形成膜片元件。
10.根據權利要求1至9中任何一個的方法，其特徵在於，通過提供具有電絕緣邊緣部分的邊緣部分而形成要用於陰極池槽的膜片元件，該電絕緣邊緣部分的比電阻是側表面的中間部分的比電阻的至少50倍。
11.一種用於從水溶液中電解提取金屬的池槽的膜片元件，該膜片元件由膜片織物形成且包含至少一個具有垂直邊緣和水平邊緣的側表面，其特徵在於，膜片元件的至少一個側表面的至少一個邊緣形成有電絕緣邊緣部分，該邊緣部分具有預定寬度，其比電阻是側表面中間部分的比電阻的至少5倍。
12.根據權利要求11的膜片元件，其特徵在於，膜片元件的側表面的垂直邊緣和水平邊緣具有電絕緣邊緣部分，該邊緣部分具有預定寬度，使得一個具有更好的導電性的窗口被限定在所述側表面的中間部分。
13.根據權利要求11或12的膜片元件，其特徵在於，所述電絕緣邊緣部分就液體滲透性而言比側表面的中間部分更緻密。
14.根據權利要求11至13中任何一個的膜片元件，其特徵在於，通過用電絕緣材料處理膜片織物形成所述至少一個邊緣部分。
15.根據權利要求11至14中任何一個的膜片元件，其特徵在於，所述至少一個邊緣部分包括線或單獨的纖維，該纖維具有至少一個由導電性比中間部分的線或纖維的材料更差的材料製成的外表面。
16.根據權利要求11至15中任何一個的膜片元件，其特徵在於，所述膜片元件為具有一個開口邊緣並通過熱焊法組裝成的帶
17.根據權利要求11至16中任何一個的膜片元件，其特徵在於，當在陰極池槽中使用膜片元件時，膜片元件的邊緣部分的比電阻為中間部分的比電阻的50倍。
全文摘要
本發明公開了用於從水溶液中電解提取金屬的池槽的膜片元件和製作該膜片元件的方法。膜片元件由膜片織物形成，包含至少一個具有垂直邊緣和水平邊緣的側表面，其中膜片元件的至少一個側表面的至少一個邊緣由電絕緣邊緣部分形成，該邊緣部分具有預定寬度，其比電阻是側表面的中間部分的比電阻的至少5倍。本發明保證了降低用於電化學反應器的膜片池槽的製造和工作的材料和人工成本。
文檔編號C25C1/08GK1863943SQ200480029435
公開日2006年11月15日 申請日期2004年10月8日 優先權日2003年10月9日
發明者瑟基·F.·傑舍夫, 伊格·A.·拉佳布希金, 埃萊克桑德·I.·約傑夫, 埃萊克桑德·V.·索洛寧, 瑟基·V.·沃爾克夫, 丹尼爾·M.·博格利本克, 瑟基·B.·科圖霍夫, 伊爾佳·F.·格魯霍夫, 維克託·V.·科朱霍夫, 埃瑪·S.·利特溫寧科, 蘇桑納·R.·奧斯曼諾娃, 瑪蒂·瑟沃 申請人:諾裡爾斯克鎳礦業冶金公司, 坦菲爾特公開有限公司